摘要
摘要
由于环境保护、降低化石燃料使用量以及满足不断增长的全球电力需求的
社会需要，高比例新能源和高比例电力电子设备的“双高”电力系统成为了电
力系统发展的新趋势。在新构架电力电子化电力系统中，变流器起着至关重要
的作用。其中，构网式电压源型变流器辅以储能元件时会为电网提供虚拟惯量
与系统阻尼，解决新型电力系统的低惯量和频率动态恶化的问题，更适用于未
来新型电力电子化电力系统架构。本文针对构网式电压源型变流器控制策略进
行分析并优化，主要研究内容概括如下：
针对构网式变流器典型有功功率控制策略进行理论分析并建立数学模型，
分析构网式变流器在弱电网及孤岛场景下的运行优势，研究不同控制方式下系
统动态响应特性，通过搭建单机与多机仿真模型验证构网式变流器的电压支撑
及频率调节能力。
提出了一种双重自适应虚拟同步发电机阻尼系数控制策略，提高了变流器
在多种运行工况下的动态调节特性及运行稳定性。通过建立小信号模型重点分
析了不同工况下控制参数变化对变流器动态响应特性的影响，指出固定阻尼系
数控制的问题，并在理论分析的基础上建立具体的自适应控制函数，通过仿真
与实验验证了自适应控制策略的有效性。
针对网侧电压深度跌落时变流器暂态失稳的问题，设计了一种根据电网电
压跌落深度自适应调节有功功率参考值的改进型暂态控制方法。利用功角相位
图分析不同控制策略对大干扰下变流器暂态稳定性的影响，并对其中关键控制
参数的影响进行定性分析。利用扩展等面积法进一步分析变流器暂态稳定性的
物理意义，并在理论分析的基础上建立具体的自适应控制函数，通过仿真与实
验验证了改进型暂态控制方法的有效性。
针对电流限幅导致的直流侧电容能量消耗以致电压崩溃的问题，本文设计
了两种优化控制方案：优化内环限流策略及优化外环控制结构。建立直流源及
双闭环系统模型，分析直流源电流限幅环节对变流器频率及电压稳定性的影响，
基于理论分析提出优化控制方案，并对比两种优化控制方案的优缺点，通过仿
真验证两种优化控制方案的有效性。
关键词：构网式变流器；虚拟同步发电机；暂态稳定性；电流限幅
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Abstract
Abstract
Inordertocopewiththegrowingdemandforelectricityandenvironmental
pressure,thedoublehighpowersystemconsistingofahighproportionofnew
energyandhighproportionofpowerelectronicdeviceshasbecomeanewtrendin
thedevelopmentofpowersystems.Inthenewlyconstructedpowerelectronicpower
system,theinverterplaysakeycomponentrole.Amongthem,thegrid-connected
voltagesourceinvertercombinedwithenergystorageelementscanprovidevirtual
inertiaandsystemdampingforthepowergrid,solvingtheproblemoflowinertiaand
frequencydynamicdeteriorationofthenewpowersystem,andismoresuitablefor
thefuturenewpowerelectronicpowersystemarchitecture.Thisarticleanalyzesand
optimizesthecontrolstrategyofthegrid-co